煙草夾持式智能打頂機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

范國(guó)強(qiáng) 楊慶璐 張曉輝 王金星 陳 瑞 葛云勇

(1．山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，泰安271018;2．山東省園藝機(jī)械與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，泰安271018; 3．山東裕隆礦業(yè)集團(tuán)有限公司唐陽(yáng)煤礦，汶上272508;4．雷沃重工股份有限公司，濰坊261206)

煙草夾持式智能打頂機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

范國(guó)強(qiáng)1，2楊慶璐1，2張曉輝1，2王金星1，2陳 瑞3葛云勇4

(1．山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，泰安271018;2．山東省園藝機(jī)械與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，泰安271018; 3．山東裕隆礦業(yè)集團(tuán)有限公司唐陽(yáng)煤礦，汶上272508;4．雷沃重工股份有限公司，濰坊261206)

針對(duì)煙草現(xiàn)有打頂抑牙機(jī)難以實(shí)現(xiàn)煙花收集的問題，設(shè)計(jì)了一種夾持式智能打頂機(jī)，主要由高地隙作業(yè)底盤、夾持式智能打頂裝置與收集裝置組成。夾持式智能打頂與收集裝置主要由煙草高度圖像識(shí)別控制系統(tǒng)、升降機(jī)構(gòu)、夾持輸送機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)、刀片消毒系統(tǒng)、抑牙劑噴施系統(tǒng)和收集系統(tǒng)組成，可實(shí)現(xiàn)煙草高度識(shí)別、打頂高度調(diào)整、煙花收攏、夾持切割、刀片消毒、抑牙劑噴施與煙花收集等聯(lián)合作業(yè)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全和智能化程度高的優(yōu)點(diǎn)。在打頂升降機(jī)構(gòu)中采用配重來(lái)平衡打頂機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，降低了起升電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩，能夠節(jié)約64%的能源。試驗(yàn)結(jié)果顯示，該機(jī)打頂準(zhǔn)確率為95%，收集率達(dá)到98%，能夠滿足使用要求。

煙草;打頂機(jī);抑芽;圖像處理

引言

煙草打頂抑芽在我國(guó)基本由人工完成，作業(yè)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而近年來(lái)開始推進(jìn)的現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)建設(shè)為煙葉生產(chǎn)機(jī)械化創(chuàng)造了有利條件［1－2］。歐美國(guó)家煙草打頂已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，普遍采用機(jī)電液一體化技術(shù)，實(shí)用性強(qiáng)，效率高，典型的機(jī)型為意大利Spapperi公司的JS-120型打頂機(jī)。國(guó)外機(jī)型均采用手動(dòng)調(diào)整打頂高度的方法，作業(yè)前根據(jù)煙草實(shí)際高度將打頂裝置調(diào)整到相應(yīng)高度然后作業(yè)，但不能精準(zhǔn)識(shí)別每株煙草的高度，容易造成漏打或打頂過(guò)度［3－8］，國(guó)內(nèi)仿制的機(jī)型存在同樣的缺點(diǎn)［9］。

國(guó)內(nèi)研制的3YDX-3智能型煙草打頂抑芽機(jī)［10］，實(shí)現(xiàn)了煙草高度的識(shí)別、打頂和對(duì)靶施藥，但未實(shí)現(xiàn)煙花自動(dòng)收集，容易造成煙草交叉感染和煙田污染。而技術(shù)成熟的玉米去雄機(jī)無(wú)需收集雄穗［11－13］，無(wú)法直接應(yīng)用在煙田。

針對(duì)我國(guó)國(guó)情，需要研制一種煙草精準(zhǔn)打頂、抑芽劑噴施、刀片消毒和煙花自動(dòng)收集聯(lián)合作業(yè)的作業(yè)機(jī)械，為此本文設(shè)計(jì)一種夾持式智能打頂機(jī)。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

煙草夾持式智能打頂機(jī)主要由高地隙作業(yè)底盤、夾持式智能打頂裝置、收集裝置與控制裝置組成，整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 煙草夾持式智能打頂機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig．1 Overall structure sketch of tobacco toppingmachine

高地隙作業(yè)底盤的內(nèi)燃機(jī)為行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)為蓄電池組供電，蓄電池組為打頂裝置的電動(dòng)機(jī)和檢測(cè)系統(tǒng)供電。左側(cè)與右側(cè)攝像頭對(duì)稱布置，各采集一行煙草高度圖像傳到駕駛室內(nèi)的工控機(jī)。左夾持打頂裝置與右夾持打頂裝置對(duì)稱安裝在安裝架前部，可實(shí)現(xiàn)2行煙草的打頂。

煙草花期處于雨季，田間泥濘，底盤采用液力傳動(dòng)裝置、四輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)和輪邊減速器以提高驅(qū)動(dòng)力和操作性能。打頂后煙草高度為1.1～1.5m，標(biāo)準(zhǔn)煙田種植行距為1.2 m，高地隙作業(yè)底盤具體性能參數(shù)如表1所示。

表1 高地隙底盤性能參數(shù)Tab．1 Performance parameters of chassis

1.2 工作原理

1.2.1 煙草高度檢測(cè)控制系統(tǒng)

作物打頂機(jī)械的高度檢測(cè)主要采用光電管傳感器檢測(cè)技術(shù)［10－11，13］和機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)［14－15］，本樣機(jī)采用前期機(jī)型的圖像識(shí)別控制系統(tǒng)［15］。

工控機(jī)對(duì)煙草圖像進(jìn)行提取得到圖像的R、G、B分量三維圖，得出煙花區(qū)域、煙葉區(qū)域、背景板區(qū)域的R、G、B分量具體分布范圍。采用以列為單位的單線自適應(yīng)分割判斷方法，利用R、G、B值關(guān)系可以檢測(cè)到煙花區(qū)域。為了保證檢測(cè)精度和處理速度以滿足田間作業(yè)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，樣機(jī)采用三線同時(shí)檢測(cè)的方法。確定打頂高度后，工控機(jī)通過(guò)控制打頂升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在高度方向的精確調(diào)整。

1.2.2 夾持式打頂及收集原理

夾持式打頂及收集裝置主要由夾持打頂機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)和收集系統(tǒng)組成，如圖2所示。

圖2 夾持式打頂及收集機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖Fig．2 Diagram of topping and collection mechanism

夾持式打頂機(jī)構(gòu)安裝在升降軌道上，升降軌道兩側(cè)安裝的8個(gè)滾輪只能在固定節(jié)前端的兩條導(dǎo)航上做上下移動(dòng)。配重安裝4個(gè)滾輪，只能沿著固定節(jié)后方的導(dǎo)軌做上下移動(dòng)。鏈條兩端分別連接升降軌道與配重，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)鏈條拉動(dòng)升降軌道上下移動(dòng)。采用配重來(lái)平衡打頂機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，可提高作業(yè)精度和速度，節(jié)約能源。

夾持式打頂機(jī)構(gòu)主要由對(duì)稱布置的兩套帶傳動(dòng)系統(tǒng)和切割機(jī)構(gòu)組成，如圖3所示。

圖3 夾持式打頂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖Fig．3 Structure sketch of topping device with clamping belt

兩側(cè)直流夾持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反，夾持帶內(nèi)側(cè)由前向后移動(dòng)，將收攏的煙花夾住并向后輸送，切割電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)圓盤割刀將煙花切斷。前擺動(dòng)鉸鏈和后擺動(dòng)鉸鏈可以調(diào)整兩側(cè)夾持帶之間的間隙，以適應(yīng)粗細(xì)不同的作物，張緊彈簧使兩側(cè)夾持帶之間保持夾持力。

夾持式打頂機(jī)構(gòu)的后部下方裝有一條膠帶輸送機(jī)，切斷后的煙花由夾持帶輸送到膠帶輸送機(jī)上部掉落，匯集輸送到收集筐內(nèi)，克服了前期機(jī)型無(wú)法收集煙花的缺點(diǎn)。

1.2.3 抑牙劑噴施與切割刀消毒原理

抑芽劑噴施與切割刀消毒系統(tǒng)如圖4所示，主要由抑芽劑藥泵、消毒藥泵、抑芽劑噴頭、消毒噴頭和紅外線發(fā)射、接收管組成。

在圓盤割刀的下方安裝一對(duì)紅外線發(fā)射管和紅外線接收管，工作中當(dāng)切割后的煙桿從紅外線發(fā)射、接收管傳感器中間穿過(guò)時(shí)，發(fā)射管發(fā)出的紅外光線被煙桿遮擋，接收管就接收不到紅外光，接收管截止。接收管向工控機(jī)發(fā)出高電平信號(hào)，工控機(jī)啟動(dòng)抑牙劑藥泵吸取消毒液，通過(guò)切割刀后側(cè)上方的噴頭噴施抑芽劑。

消毒藥泵吸取消毒液經(jīng)切割刀消毒噴頭對(duì)圓盤割刀進(jìn)行間隔噴射，防止不同植株之間病菌的傳播。

圖4 抑牙劑噴施與刀片消毒系統(tǒng)示意圖Fig．4 Schematic diagram of restrain-germinating spraying and blade disinfection system

2 主要零部件設(shè)計(jì)

2.1 夾持打頂裝置的設(shè)計(jì)

2.1.1 夾持輸送機(jī)構(gòu)

2.1.1.1 起軋角

實(shí)現(xiàn)軋入的條件是煙桿與夾持帶之間的摩擦角Φ大于初始起軋角ψ，在摩擦特性試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)定煙花莖部與膠帶的摩擦角Φ為39°。夾持帶采用圖5所示的V型開口布置方式，容易將煙花收攏集中到起軋部位，還降低了初始起軋角。在本機(jī)構(gòu)中，初始起軋角ψ為前側(cè)帶夾角β的1/2(27°)，滿足了起軋要求。

圖5 夾持輸送機(jī)構(gòu)工作示意圖Fig．5 Schematic diagram of belt clamping device

2.1.1.2 夾持力

切割后煙花正常輸送需保持一定的夾持力，以防止煙花在垂直方向滑落和在水平方向傾斜，煙花受力分析如圖6所示。

力與力矩平衡方程組為

式中 Gy——煙花重力，為3 N

Fw——風(fēng)阻力，為2 N

圖6 煙花受力分析圖Fig．6 Analysis diagrams of stress of tobacco flower

Ff1h——上層膠帶摩擦力水平分力

Ff1v——上層膠帶摩擦力垂直分力

Ff2h——下層膠帶摩擦力水平分力

Ff2v——下層膠帶摩擦力垂直分力

L1——風(fēng)阻力與上層膠帶夾持中心距離，為0.2m

L2——下層膠帶夾持中心與上層膠帶夾持中心距離，為0.02m

求解得Ff1為22.1 N，F(xiàn)f2為20.1 N，膠帶對(duì)煙莖的夾持力N為28 N。

圖7a為夾持帶與帶輪受力圖，當(dāng)煙花處于前后張緊帶輪中間時(shí)容易滑落，以此作為計(jì)算條件。

圖7 夾持機(jī)構(gòu)受力分析圖Fig．7 Analysis diagrams of clamping device

圖7b為夾持帶與帶輪受力合成圖，夾持帶與帶輪受力方程為

式中 Fp——夾持帶最小拉力，N

Fl——張緊輪受力

γ——夾持帶拉力夾角

求得夾持帶最小拉力Fp為318 N，張緊輪受力Fl為165 N，擺動(dòng)鉸鏈彈簧與張緊輪力臂比為4∶5，求得彈簧最小張緊力為132 N。選取60Si2Mn材質(zhì)彈簧，根據(jù)受力變形條件得彈簧具體參數(shù)為:簧絲直徑2.5mm，中徑18 mm，有效圈數(shù)7圈。為了便于調(diào)節(jié)夾緊力，張緊彈簧一端的安裝位置可以進(jìn)行調(diào)整。

2.1.1.3 夾持帶速度

夾持帶由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，傳送速度應(yīng)與機(jī)組前進(jìn)速度相匹配，夾持運(yùn)動(dòng)示意如圖8所示。

圖8 夾持運(yùn)動(dòng)示意圖Fig．8 Schematic diagram of clampingmovement

由幾何關(guān)系可得

式中 vm——機(jī)組前進(jìn)速度，m/s

vp——夾持帶傳送速度，m/s

vs——夾持帶絕對(duì)速度，m/s

δ——vs與豎直方向夾角，(°)

ε——夾持帶傾角，(°)

夾持帶傾角會(huì)影響夾持煙桿的輸送速度，如果傾角選擇過(guò)大，夾持帶輸送速度的有用分量會(huì)變小，而向上拔取的分量會(huì)增大，不利于夾持和輸送。綜合考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)布置，取vp=(1.46～2.24)vm。在本設(shè)計(jì)中，取ε為30°，vp=1.73vm。主動(dòng)帶輪直徑為100mm，求得轉(zhuǎn)速為140 r/min。考慮帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)，最終選取144 r/min的直流減速電動(dòng)機(jī)，控制電壓為24 V。

2.1.2 切割機(jī)構(gòu)

由于煙稈質(zhì)硬，打頂機(jī)采用80齒的鋸齒狀單圓盤刀對(duì)煙稈進(jìn)行高速無(wú)支承回轉(zhuǎn)切割，直徑為255mm。圓盤刀轉(zhuǎn)速直接影響切割質(zhì)量，根據(jù)切割空白區(qū)最小原則，圓盤刀切割進(jìn)程應(yīng)近似等于刀刃的有效工作高度h，若保證圓盤刀刀刃全長(zhǎng)參與切割，應(yīng)滿足［16］

式中 vy——圓盤刀片的圓周速度，m/s

R——圓盤刀半徑，m

計(jì)算得圓盤刀片圓周速度vy≥1.04 m/s，轉(zhuǎn)速n2≥79.5 r/min。提高切割速度可以降低切削力，同時(shí)為了簡(jiǎn)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用額定電壓24 V，額定轉(zhuǎn)速2 600 r/min的直流電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)圓盤刀。

2.1.3 升降機(jī)構(gòu)

取配重質(zhì)量與鏈條前端連接的部件質(zhì)量相同，均為36 kg。選取08A的滾子鏈，主動(dòng)與被動(dòng)鏈輪均為17齒，鏈條的拉力為

式中 f2——摩擦因數(shù)，為0.22

m2——夾持打頂裝置與升降機(jī)構(gòu)質(zhì)量計(jì)算得鏈條拉力FL為155 N。若不采取配重平衡驅(qū)動(dòng)力，鏈條拉力為430 N，因此采用配重的升降機(jī)構(gòu)可節(jié)約64%的能源。

鏈輪分度圓半徑為30.5 mm，得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出扭矩為4.7N·m。為克服系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)靜摩擦力，提高電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)速度，最終選擇額定轉(zhuǎn)矩為12N·m的86BYG250H型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)器為MA860H，步距角1.8°，控制電壓為48 V。

煙草標(biāo)準(zhǔn)種植株距為50 cm，打頂作業(yè)速度為1.5 km/h，計(jì)算得相鄰兩株煙草作業(yè)時(shí)間間隔T為1.2 s。現(xiàn)花時(shí)植株最大高度差Hmax為40 cm，則升降機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度最小值vc，min為

此時(shí)需要的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n1為

查步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速扭矩圖，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)200 r/min時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩快速下降，該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速選擇合理。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)m為20，轉(zhuǎn)動(dòng)1圈需要200個(gè)脈沖，則最大轉(zhuǎn)速下所需脈沖頻率為

式中 θ——電動(dòng)機(jī)固有步距角，(°)

計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需脈沖頻率為7 134 Hz。為了提高電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止和換向時(shí)的平穩(wěn)性，在控制中采用變頻率加速或減速控制，具體措施為:在電動(dòng)機(jī)調(diào)整運(yùn)行總時(shí)間的前5%采取升頻加速至穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，在總時(shí)間的后5%階段采取降頻減速至靜止?fàn)顟B(tài)，穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)脈沖頻率采用8 000 Hz。

2.2 抑牙劑噴施與切割刀消毒系統(tǒng)

將18%的抑牙丹水劑用水稀釋30倍后噴施在打頂后煙桿的斷面與葉面，抑牙劑噴施系統(tǒng)采用1/8CC-PVC6508扇形噴頭和最大流量為200 L/h的直流微型泵，每株煙施藥10～12 mL，符合作業(yè)要求。

切割刀消毒采用相同的直流微型泵和扇形噴頭，壓力0.3 MPa時(shí)流量為3.2 L/min，噴射角為65°。噴射方式為每間隔1 s噴射0.5 s，防止不同植株之間病菌的傳播。

3 試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)條件與方法

為了驗(yàn)證樣機(jī)的性能和可靠性，2016年7月在濰坊市諸城孟友煙農(nóng)專業(yè)合作社的煙田試驗(yàn)基地進(jìn)行了打頂試驗(yàn)。煙草生長(zhǎng)處于初花期，適合打頂作業(yè)。試驗(yàn)條件:煙草高度為1 400～1 750 mm;煙花高度為120～260mm;煙草行距為1 200mm;煙草株距為500mm;作業(yè)速度為1.4～1.6 km/h。樣機(jī)田間作業(yè)情況如圖9所示。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)過(guò)程中采集樣本800株，主要作業(yè)性能指標(biāo)如表2所示。

表2 性能試驗(yàn)結(jié)果Tab．2 Experimental results of performance

試驗(yàn)表明樣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，能夠可靠地完成煙草高度圖像識(shí)別、打頂高度調(diào)整、夾持打頂、煙花收集、圓盤刀片消毒與抑牙劑噴施等動(dòng)作，滿足使用要求。煙花收集率大于98%，作業(yè)效率為0.36 hm2/h，生產(chǎn)率為人工的3～5倍，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

打頂后煙稈斷面與煙花如圖10所示，切割斷面比較平整，效果良好。

4 結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)了一種夾持式智能打頂機(jī)，主要由夾持式智能打頂裝置、收集裝置與高地隙作業(yè)底盤組成。該機(jī)能夠同時(shí)完成2行煙草精準(zhǔn)打頂、抑芽劑噴施、刀片消毒和煙花收集聯(lián)合作業(yè)，具有作業(yè)精準(zhǔn)且高效的優(yōu)點(diǎn)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，克服了早期機(jī)型無(wú)法收集煙花的缺點(diǎn)，煙花收集率大于98%。

圖10 作業(yè)效果圖Fig．10 Topping effect pictures

(2)設(shè)計(jì)的煙草夾持式智能打頂裝置主要由高度圖像識(shí)別控制系統(tǒng)、升降機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)、刀片消毒和抑牙劑噴施系統(tǒng)組成。整套裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全和智能化程度高的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)煙草高度識(shí)別、打頂高度調(diào)整、煙花收攏、夾持切割、刀片消毒和抑牙劑噴施的聯(lián)合作業(yè)，作業(yè)效果良好。

(3)采用鏈條拉動(dòng)的平衡配重式可升降打頂機(jī)構(gòu)，具有驅(qū)動(dòng)力矩小、動(dòng)作迅速可靠的優(yōu)點(diǎn)，提高了作業(yè)精度和速度，節(jié)約了64%的能源。

1 施衛(wèi)省，唐輝，王亞明，等．控釋肥料性質(zhì)及其對(duì)煙草生長(zhǎng)影響的研究［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21(1):6－8．SHIWeisheng，TANG Hui，WANG Yaming，et al．Property of controlled release fertilizer and its effect on the growth of tobacco［J］．Transactions of the CSAE，2005，21(1):6－8．(in Chinese)

2 畢紅霞，許家來(lái)，薛興利，等．山東煙區(qū)煙草農(nóng)機(jī)專業(yè)合作社現(xiàn)狀分析［J］．中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2012，18(1):80－84．BIHongxia，XU Jialai，XUE Xingli，et al．A survey on professional tobacco agricultural machinery cooperatives in Shandong Province［J］．Chinese Journal of Tobacco，2012，18(1):80－84．(in Chinese)

3 RAYMOND C L，HEINZ S，WAYNE E R．Apparatus and method for simultaneously topping and applying a precision application of sucker control chemicals to tobacco and other row crops:US，5987862［P］．1999-12-23．

4 JOHN Balthes，GARRY Balthes，WILLIAM Palmer．Tobacco topping apparatus:US，4047366［P］．1977-09-13．

5 WALTER Cecil Hammond，TIFTON Ga．Apparatus for topping stalk-type plants:US，3695013［P］．1972-10-03．

6 ELWOOD Lee Smith．Devices for topping tobacco plants:US，3662526［P］．1972-05-16．

7 WORSHAM Arch Douglas，BURCH Thomas B．Method and apparatus for simultaneously topping tobacco and controlling suckers with chemicals applied to cut stems bymechanicalmeans:US，6446420［P］．2002-09-10．

8 WISE DAVID F，TYNDALL R B，JONESDonald E．Tobacco topping apparatus:US，3701240［P］．1972-10-31．

9 馬敏．基于ATmega128的煙草智能打頂機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］．泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011．

10 耿愛軍，張曉輝，苗乃樹，等．3YDX-3型煙草打頂抑芽機(jī)設(shè)計(jì)［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(7):96－101．GENG Aijun，ZHANG Xiaohui，MIAO Naishu，et al．Development of 3YDX-3 topping and restrain-germinating machine of tobacco［J］．Transactions of the CSAE，2010，26(7):96－101．(in Chinese)

11 薛濤，謝斌，毛恩榮，等．玉米去雄機(jī)去雄作業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(4):49－54．XUE Tao，XIE Bin，MAO Enrong，et al．Design and experimentof emasculation control system of corn detasselingmachine［J］．Transactions of the CSAE，2015，31(4):49－54．(in Chinese)

12 王錦江，陳志，董祥，等．制種玉米去雄機(jī)輪式抽雄部件設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(3):75－81．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?flag=1＆file_no=20160311＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2016．03．011．WANG Jinjiang，CHEN Zhi，DONG Xiang，et al．Design and experiment for roller type tassel-removal component in seed corn detasselingmachine［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47(3):75－81．(in Chinese)

13 王錦江，陳志，楊學(xué)軍，等．3QXZ-6型制種玉米去雄機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(7):112－118．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?flag=1＆file_no=20160716＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2016．07．016．WANG Jinjiang，CHEN Zhi，YANG Xuejun，et al．Design and experiment of 3QXZ-6 seed corn detasseling machine［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47(7):112－118．(in Chinese)

14 唐文冰，張彥娥，張東興，等．基于雙目立體視覺的玉米雄穗識(shí)別與定位研究［C］∥中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2011．

15 劉雙喜，李偉，王金星，等．雙行智能煙草打頂抑芽機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(6):47－52．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?flag=1＆file_no=20160607＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2016．06．007．LIU Shuangxi，LIWei，WANG Jinxing，et al．Design and test of testing control system for double rows intelligent tobacco topping machine［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47(6):47－52．(in Chinese)

16 金鑫，杜新武，王世光，等．胡蘿卜收獲機(jī)根莖分離裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(3):82－89．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?flag=1＆file_no=20160312＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2016．03．012．JIN Xin，DU Xinwu，WANG Shiguang，et al．Design and experiment of stems cutting device for carrot harvester［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47(3):82－89．(in Chinese)

Design and Test of Intelligent Tobacco Topping Machine w ith Clam ping Belt

FAN Guoqiang1，2YANG Qinglu1，2ZHANG Xiaohui1，2WANG Jinxing1，2CHEN Rui3GE Yunyong4
(1．College of Mechanical and Electrical Engineering，Shandong Agricultural University，Taian 271018，China 2．Shandong Provincial Key Laboratory of Horticultural Machineries and Equipments，Taian 271018，China 3．Tangyang Cool Mine，Shandong Yulong Mining Group，Wenshang 272508，China 4．Lovol Heavy Industry Co．，Ltd．，Weifang 261206，China)

In order to collect tobacco flowers cut off，an intelligent tobacco topping machine with clamping beltwas designed．It wasmainly composed of a high ground clearance chassis，an intelligent topping device with clamping belt and a collecting device．The high ground clearance chassis used fourwheel drive and steering technology，and it had advantages of good through performance and high stability．The intelligent topping device was made up of an image recognition and control system of tobacco height，a lifting mechanism，a belt clamping mechanism，a cutting mechanism，a blade disinfection system and a restrain-germinating spraying system．Tobacco height recognition，topping height adjustment，tobacco flower gathering，clamping and cutting，blade disinfection，restraingerminating spraying and other joint operations can be achieved by this intelligent topping device．This device had advantages of compact structure，full function and high intelligence．Belt conveyor was installed below the bottom of topping device，and tobacco flowers cut offwas transported to the collection basket．In order to reduce the drive torque of electric liftingmotor，a counterweightwas used to balance the topping mechanism，and 64%energy can be saved．Experimental results indicated that topping accuracy rate was about95%，collecting accuracy rate was about 98%，and it can meet the production requirements．

tobacco;toppingmachine;restrain-germinating;image processing

S224.4

A

1000-1298(2017)07-0121-06

2016-11-23

2017-01-21

山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系棉花產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(SDAIT-03-09)、中國(guó)煙草總公司山東省公司科技重大專項(xiàng)和重點(diǎn)項(xiàng)目(KN216)、山東省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2016GNC112005)和山東省“雙一流”獎(jiǎng)補(bǔ)資金項(xiàng)目(SYL2017XTTD14)

范國(guó)強(qiáng)(1975—)，男，副教授，博士，主要從事液壓傳動(dòng)與農(nóng)業(yè)裝備研究，E-mail:fgq1217@163．com

張曉輝(1961—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論研究，E-mail:Zhangxh@sdau．edu．cn

10．6041/j．issn．1000-1298．2017．07．015